Como se comprueba en la fórmula 14, en este tipo de decaimiento no hay variación de masa ni componentes del núcleo, sólo se produce una pérdida de la energía excedente en forma de onda electromagnética, como se indica en la imagen 12.
Imagen 12: Diagrama de desintegración γ del 99mTc a 99Tc17
1.3.3.4 Resumen de RI más comunes
Para evidenciar las principales diferencias, en la tabla 2 se presenta un resumen de los 3 tipos de radiación descritos, indicando la naturaleza del tipo de radiación, la masa en reposo, la carga y el rango de energías.
Radiación Naturaleza Masa en reposo Carga Energía
α Núcleos de He 4 uma 2 unid. de carga positiva ≤ 12 MeV β- Electrones 9,11x10-31Kg 0,511MeV 1 unid. negativa 0,018 - 14 MeV β+ Positrones 9,11x10-31Kg 1 unid. 0,33 - 14
17 Recuperada desde https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/19/Tc-99m_ Decay_Scheme.svg el 17 de Agosto de 2016.
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0,511MeV positiva MeV
γ
Cuantos de energía electromagnética
0 0 0,0008 - 8,88 MeV
Tabla 2: Resumen de los tipos de radiación ionizante más comunes.
1.3.4 Interacción de la RI con la materia
Como se ha mencionado anteriormente, la RI tiene la propiedad de ionizar la materia. Esto se logra por una serie de mecanismos de interacción que, dependiendo del tipo de radiación, el orígen de la misma y su energía, se presentarán de una u otra forma.
Tanto las partículas α como las β (positivas y negativas) y las ondas γ producen ionización pero, siendo que los primeros tipos de radiación escapan al tema de este trabajo, sólo se desarrollarán los principales mecanismos de interacción de la radiación γ.
Los mismos se enumeran a continuación y serán desarrollados más adelante:
● Efecto fotoeléctrico ● Efecto Compton ● Producción de pares
Es interesante destacar que cada efecto se produce con mayor o menor probabilidad dependiendo de la energía del material, como se indica en la imagen 13.
VILLAR, Guillermo
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Imagen 13: Campos de predominancia de los efectos en función de la energía del material y número atómico Z.18
1.3.4.1 Efecto fotoeléctrico
Este efecto se produce cuando un fotón interacciona con un electrón de la materia cediéndole a éste toda su energía. Si la energía del fotón es mayor que la del electrón, esto hace que la energía cinética (Ek= Eγ - Ee) del electrón sea tal que le permita desligarse de su átomo y salir despedido.
La energía necesaria para arrancar un electrón de un átomo es única para cada especie atómica. De esta forma se puede determinar, a través de un espectrograma, qué elemento (o elementos) está emitiendo radiación, ya que el “fotopico” (valor de energía del espectro medido donde se tiene la mayor acumulación de eventos) es característico para cada material radiactivo.
Vale aclarar que el fotopico puede ser único, como en el 137Cs o el 99mTc; o múltiple, como en el caso del 60Co que cuenta con dos fotopicos.
En la imagen 14 se esquematiza el efecto fotoeléctrico y en la imagen 15 se muestra el espectrograma de energía del 137Cs.
18 Recuperada desde http://nuclear.fis.ucm.es/webgrupo/produccion_pares_html_ m7cf7de41.jpg el 04 de Septiembre de 2016.
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Imagen 14: Esquema de efecto fotoeléctrico.19
Imagen 15: Espectrograma del 137Cs.20
En ésta última imagen se pueden apreciar tres partes bien definidas de un espectrograma. Las dos primeras se corresponden al “pico de retrodispersión” y al “borde de Compton” y son producto de la interacción de los fotones de menor energía (este tema se desarrollará más profundamente en el siguiente punto). La tercer parte se corresponde con el “fotopico” del material y se ubica, en este caso y por tratarse de una fuente de 137Cs, a 662keV.
La condición energética que debe cumplir el fotón incidente se expresa en la fórmula 17. Ésta ecuación indica que la energía mínima que debe tener el fotón es igual a la suma de la función de trabajo o trabajo de extracción ( ), es decir, la mínima energía necesaria para llevar un electrón del nivel de Fermi al exterior del material; y la energía cinética máxima (Ek) que se observa experimentalmente en lo electrones expulsados.
Fórmula 17: Ecuación matemática para efecto fotoeléctrico.
Es importante resaltar que si la energía del fotón incidente no supera la función de trabajo, no habrá expulsión de electrón alguno.
1.3.4.2 Efecto Compton
Como se mencionó en el efecto fotoeléctrico, cuando un fotón interacciona con un electrón, se produce una transferencia total de la energía de la onda hacia la partícula.
19 Recuperada desde https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/77/ Photoelectric_effect.png/300px-Photoelectric_effect.png el 23 de Agosto de 2016.
20 Imagen original recuperada desde http://www.leifiphysik.de/sites/default/files/medien/ cs_spektr_radioaktivfort_ver.gif el 24 de Agosto de 2016.
VILLAR, Guillermo
36 Pero puede darse el caso en que el fotón transfiera parte de su energía al electrón, disminuyendo su longitud de onda pero conservando aún la capacidad de ionizar otros átomos. Este fenómeno es conocido como “Efecto Compton” y se describe en la imagen 16. Como se muestra en la imagen, un fotón γ interacciona con un electrón de la capa externa del átomo. Como consecuencia de este evento, el fotón pierde energía y se ve dispersado (desviado) de su trayectoria original. Este nuevo fotón γ’ tiene una longitud de onda menor y, según la fórmula 16, menor energía.
Imagen 16: Esquema de efecto Compton.21
La fórmula 18 modeliza matemáticamente la variación de la longitud de onda entre el fotón incidente y el fotón dispersado, en función del ángulo de desviación θ.